半導(dǎo)體工藝整理資料

第一章微電子工藝引論硅片、芯片的概念硅片：制造電子器件的根本半導(dǎo)體材料硅的圓形單晶薄片芯片：由硅片生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品*什么是微電子工業(yè)技術(shù)？微電子工業(yè)技術(shù)主要包括哪些技術(shù)？微型化電路技術(shù)。包括超精細(xì)加工技術(shù)、薄膜生長(zhǎng)和把握技術(shù)、高密度組裝技術(shù)、過程檢測(cè)和過程把握技術(shù)等5個(gè)大的制造階段的內(nèi)容集成電路制造階段：硅片制備、芯片制造、芯片測(cè)試/揀選、裝配與封裝、終測(cè)IC工藝前工序，ICIC工藝關(guān)心工序IC工藝前工序：(如濺射、蒸發(fā))等摻雜技術(shù)：主要包括集中和離子注入等技術(shù)圖形轉(zhuǎn)換技術(shù)：主要包括光刻、刻蝕等技術(shù)IC工藝后工序：劃片、封裝、測(cè)試、老化、篩選IC工藝關(guān)心工序：超凈廠房技術(shù)；超純水、高純氣體制備技術(shù)；光刻掩膜版制備技術(shù)；材料預(yù)備技術(shù)微芯片技術(shù)進(jìn)展的主要趨勢(shì)提高芯片性能〔速度、功耗〕提高芯片牢靠性〔低失效〕降低芯片本錢〔減小特征尺寸，增加硅片面積，制造規(guī)?！呈裁词顷P(guān)鍵尺寸〔CD〕？芯片上的物理尺寸特征稱為特征尺寸特別是硅片上的最小特征尺寸，也稱為關(guān)鍵尺寸或CD其次章半導(dǎo)體材料本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體的區(qū)分是什么？本征半導(dǎo)體：不含任何雜質(zhì)的純潔半導(dǎo)體，其純度在99.999999%〔8~10個(gè)9〕為何硅被選為最主要的半導(dǎo)體材料？硅材料：硅的豐裕度——制造本錢低熔點(diǎn)高(1412OC)——更寬的工藝限度和工作溫度范圍SiO2的自然生成GaAs相對(duì)硅的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各是什么？?jī)?yōu)點(diǎn)：比硅更高的電子遷移率，高頻微波信號(hào)響應(yīng)好——無線和高速數(shù)字通信抗輻射力氣強(qiáng)——軍事和空間應(yīng)用電阻率大——器件隔離簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管和激光器主要缺點(diǎn)沒有穩(wěn)定的起鈍化保護(hù)作用的自然氧化層晶體缺陷比硅高幾個(gè)數(shù)量級(jí)本錢高第三章圓片的制備兩種根本的單晶硅生產(chǎn)方法直拉法〔CZ法、區(qū)熔法晶體缺陷依據(jù)維數(shù)可分為哪四種？點(diǎn)缺陷—空位、自填隙等線缺陷—位錯(cuò)面缺陷—層錯(cuò)體缺陷*畫出圓片制備的根本工藝步驟流程圖，并給出其任意三個(gè)步驟的主要作用晶體生長(zhǎng)、整型、切片、磨片倒角、刻蝕、拋光、清洗、檢查、包裝磨片和倒角：切片完成后，傳統(tǒng)上要進(jìn)展雙面的機(jī)械磨片以除去切片時(shí)留下的損傷，到達(dá)硅片兩面高度的平行及平坦；硅片邊緣拋光修整〔又叫倒角〕可使硅片邊緣獲得平滑的半徑周線切片：對(duì)于200mm的硅片，切片是用帶有金剛石切割邊緣的內(nèi)圓切割機(jī)來完成的。300mm的硅片，用線鋸來切片。厚度一般在775±25微米清洗：半導(dǎo)體硅片必需被清洗使得在發(fā)送給芯片制造廠之前到達(dá)超凈的干凈狀態(tài)第四章沾污把握凈化間污染分類凈化間沾污、顆粒、金屬雜質(zhì)、有機(jī)物沾污、自然氧化層、靜電釋放〔ESD〕半導(dǎo)體制造中，可以承受的顆粒尺寸的粗略法則必需小于最小器件特征尺寸的一半金屬污染的主要來源化學(xué)溶液半導(dǎo)體制造中的各種工序，如:離子注入化學(xué)品與傳輸管道反響化學(xué)品與容器反響*超凈服的目標(biāo)超凈服系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足以下職能標(biāo)準(zhǔn):對(duì)身體產(chǎn)生的顆粒和浮質(zhì)的總體抑制超凈服系統(tǒng)顆粒零釋放ESD的零靜電積存無化學(xué)和生物剩余物的釋放什么是可動(dòng)離子污染可動(dòng)離子沾污〔MIC〕:金屬雜質(zhì)以離子形式消滅，且是高度活動(dòng)性危害半導(dǎo)體工藝的典型金屬雜質(zhì)是堿金屬而且移動(dòng)性最強(qiáng)靜電釋放的概念及帶來的問題靜電釋放〔ESD〕:也是一種形式的沾污，由于它是靜電荷從一個(gè)物體向另一個(gè)物體未經(jīng)把握地轉(zhuǎn)移，可能損壞芯片半導(dǎo)體制造中特別簡(jiǎn)潔產(chǎn)生靜電釋放，由于硅片加工保持在較低的濕度中靜電釋放帶來的問題：發(fā)生在幾個(gè)納秒內(nèi)的靜電釋放能產(chǎn)生超過1A的峰值電流蒸發(fā)金屬導(dǎo)線和穿透氧化層擊穿柵氧化層的誘因吸附顆粒到硅片外表顆粒越小，靜電的吸引作用就越明顯器件特征尺寸的縮小，更需要嚴(yán)格把握硅片放電7種污染源空氣、人、廠房、水、工藝用化學(xué)品、工藝氣體、生產(chǎn)設(shè)備硅片外表的顆粒數(shù)與工藝步驟數(shù)之間的關(guān)系圖硅片清洗目標(biāo)硅片清洗的目標(biāo)——去除全部外表沾污顆粒、有機(jī)物、金屬、自然氧化層第五章工藝腔內(nèi)的氣體把握工藝用氣體通常分為哪兩類？通用氣體：氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氦氣(He)和氬氣(Ar)，純度要把握在7個(gè)9〔99.99999%〕以上特別氣體：指一些工藝氣體以及其它在半導(dǎo)體集成電路制造中比較重要的氣體，純度要49〔99.99%〕以上常見的初級(jí)泵和高級(jí)泵常見的兩種初級(jí)泵：干性機(jī)械泵增壓/調(diào)壓泵：可處理大量氣體而不需要潤(rùn)滑劑，增壓器通常被稱為羅茨增壓泵常見的兩種高真空泵：加速分子泵〔渦輪泵：是一種多用途、牢靠的干凈泵，運(yùn)作機(jī)理是機(jī)械化的壓縮冷凝泵：是一種俘獲式泵，它通過使氣體分散并俘獲在泵中的方式去除工藝腔體中的氣體質(zhì)量流量計(jì)〔MFC〕的概念利用氣體的熱傳輸特性，直接測(cè)量進(jìn)入腔體的質(zhì)量流量比率，來把握進(jìn)入腔體的氣流殘氣分析器〔RGA〕最常用的用途和根本構(gòu)成用途：用來檢驗(yàn)殘留在已清空系統(tǒng)中的氣體分子的類型、檢漏、工藝中的故障查詢根本構(gòu)成：一個(gè)離子發(fā)生器、一個(gè)孔徑、一個(gè)分析器和一個(gè)探測(cè)器。第六章氧化氧化物的兩種生產(chǎn)方式熱氧化生長(zhǎng)、淀積氧化層在芯片制造中有哪幾方面的應(yīng)用？保護(hù)器件免受劃傷和隔離污染限制帶電載流子場(chǎng)區(qū)隔離〔外表鈍化〕柵氧或儲(chǔ)存器單元構(gòu)造中的介質(zhì)材料摻雜中的注入掩蔽金屬導(dǎo)電層間的介質(zhì)層外表鈍化的概念SiO2Si的懸掛鍵，從而降低它的外表態(tài)密度，這種效果稱為外表鈍化能防止電性能退化，并削減由潮濕、離子或其他外部污染物引起的漏電流的通路關(guān)于熱氧化的兩個(gè)化學(xué)反響干氧氧化在沒有水汽的氣氛里進(jìn)展，化學(xué)反響方程式為：Si〔固〕+O2〔氣〕→SiO2〔固〕濕氧氧化有水汽參與，氧化反響速率較快，化學(xué)反響方程式為：Si〔固〕+2H2O〔水汽〕→SiO2〔固〕+2H2〔氣〕*氧化物生產(chǎn)初始階段：OSi反響，在硅外表生成二氧化硅生成SiO2OSiO2原子通過集中穿過已生成的二氧化硅層，向Si一側(cè)運(yùn)動(dòng)到達(dá)界面進(jìn)展反響而增厚的線性階段氧化物生長(zhǎng)厚度：X=(B/A)t拋物線階段X=(Bt)1/2X:氧化物生長(zhǎng)厚度B/A:為線性速率系數(shù)，溫度上升系數(shù)增大B：拋物線速率系數(shù)t：為生長(zhǎng)時(shí)間第七章?lián)诫s摻雜的兩種方法熱集中:利用高溫驅(qū)動(dòng)雜質(zhì)穿過硅的晶格構(gòu)造。這種方法受到時(shí)間和溫度的影響離子注入:a通過高壓離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片b現(xiàn)代晶片制造中幾乎全部摻雜工藝都是使用離子注入列舉半導(dǎo)體制造中常用的四種雜質(zhì)，并說明是N型還是P型。磷N砷N硼P鎵P集中發(fā)生需要的兩個(gè)必要的條件濃度差、過程所必需得能量熱集中的三個(gè)步驟，以及它們的作業(yè)預(yù)淀積:為整個(gè)集中過程建立濃度梯度、爐溫一般800~10000C推動(dòng)：將由預(yù)淀積引入的雜質(zhì)作為集中源，在高溫下進(jìn)展集中。目的是為了把握外表濃1000~12500C激活：稍為上升爐溫，使雜質(zhì)原子與晶格中的硅原子鍵合*離子注入的優(yōu)缺點(diǎn)離子注入的優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確把握雜質(zhì)含量、很好的雜質(zhì)均勻性、對(duì)雜質(zhì)穿透深度有很好的把握、產(chǎn)生單一離子束、低溫工藝、注入的離子能穿過薄膜、無固溶度極限離子注入的主要缺點(diǎn)：高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對(duì)晶體構(gòu)造產(chǎn)生損傷〔可用高溫退火進(jìn)展修復(fù)〕〔這一缺點(diǎn)被注入機(jī)對(duì)劑量和深度的把握力氣及整體工藝的靈敏性彌補(bǔ)〕重要的離子輸入?yún)?shù)劑量、射程劑量和能量的公式Q=(It)/(enA)I為束流，單位是庫侖每秒〔安培〕t為注入時(shí)間，單位是秒e1.6x10-19庫侖n是離子電荷〔B+1〕Acm25個(gè)主要子系統(tǒng)離子源、引出電極〔吸極〕和離子分析器、加速管、掃描系統(tǒng)、工藝室RTA哪個(gè)更優(yōu)越退火能夠加熱被注入硅片，修復(fù)晶格缺陷；還能使雜質(zhì)原子移動(dòng)到晶格點(diǎn)，將其激活RTA更優(yōu)越，此方法不會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的集中，快速的升溫過程和短暫的持續(xù)時(shí)間能夠在晶格缺陷的修復(fù)、激活雜質(zhì)和最小化雜質(zhì)集中三者間取得優(yōu)化4種方法當(dāng)注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時(shí)，就發(fā)生了溝道效應(yīng)4種方法：傾斜硅片、掩蔽氧化層、硅預(yù)非晶化、使用質(zhì)量較大的原子10個(gè)使用離子注入的摻雜工藝深埋層、倒摻雜阱、穿通阻擋層、閾值電壓調(diào)整、輕摻雜漏區(qū)硅柵、溝槽電容器、超淺結(jié)、絕緣體上硅〔SOI〕第八章光刻光刻的概念及其本質(zhì)光刻指的是將圖形轉(zhuǎn)移到一個(gè)平面的任一復(fù)制過程光刻的本質(zhì)是把臨時(shí)電路構(gòu)造復(fù)制到以后要進(jìn)展刻蝕和離子注入的硅片上*8個(gè)根本步驟氣相成底膜、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅(jiān)膜烘焙、顯影檢查光刻膠的概念以及其目的光刻膠的概念：一種有機(jī)化合物，受紫外光曝光后，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化光刻膠的目的將掩模幅員案轉(zhuǎn)移到硅片外表頂層的光刻膠中在后續(xù)工藝中，保護(hù)光刻膠下面的材料〔如刻蝕或離子注入的阻擋層〕光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度、顯影時(shí)間、顯影液量、當(dāng)量濃度、清洗、排風(fēng)、硅片吸盤*正膠和負(fù)膠的顯影結(jié)果正性光刻膠：曝光區(qū)域溶解于顯影液，顯影后圖形與掩模幅員形一樣負(fù)性光刻膠：曝光區(qū)域不溶解于顯影液，顯影后圖形與掩模幅員形相反常用于光學(xué)光刻的兩種紫外光源汞燈準(zhǔn)分子激光反射切口、駐波的概念，抗反射涂層的作用反射切口：在刻蝕形成的垂直側(cè)墻外表，反射光入射到不需要曝光的光刻膠中就會(huì)形成反射切口駐波的概念：入射光與反射光放射干預(yù)引起、引起隨光刻膠厚度變化的不均勻曝光抗反射涂層的作用：減小光反射和阻擋光干預(yù)RRNAk從早期的硅片制造以來光刻設(shè)備可分為哪五代？列舉任意兩種的優(yōu)越點(diǎn)接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)、掃描投影光刻機(jī)、分步重復(fù)光刻機(jī)、步進(jìn)掃描光刻機(jī)接觸式光刻機(jī)：圖像失真小，圖形區(qū)分率高接近式光刻機(jī)：掩模版不與光刻膠直接接觸，大大減小了沾污4種光刻技術(shù)極紫外〔EUV〕光刻技術(shù)角度限制投影電子束光刻技術(shù)〔SCALPEL〕離子束投影光刻技術(shù)〔IPL〕X射線光刻技術(shù)第九章刻蝕刻蝕的概念及根本目的刻蝕：用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片外表去除不需要的材料的過程根本目的：在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形兩種根本的刻蝕工藝干法刻蝕、濕法腐蝕等離子體的概念成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。選擇比的概念同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率快多少定義為被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比*負(fù)載和微負(fù)載效益的概念負(fù)載效應(yīng)：要刻蝕硅片外表的大面積區(qū)域，則會(huì)耗盡刻蝕劑濃度使刻蝕速率慢下來；假設(shè)刻蝕的面積比較小，則刻蝕會(huì)快些微負(fù)載效應(yīng)〔深寬比相關(guān)刻蝕〕——深寬比硅槽的刻蝕速率慢干法刻蝕的應(yīng)用介質(zhì)：氧化物和氮化硅硅：多晶硅柵和單晶硅槽金屬：鋁和鎢濕法腐蝕相比干法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)對(duì)材料具有高的選擇比不會(huì)對(duì)器件帶來等離子體損傷設(shè)備簡(jiǎn)潔第十章淀積淀積膜的過程的三個(gè)不同階段晶核形成，成束的穩(wěn)定小晶核形成聚攏成束，也稱為島生長(zhǎng)形成連續(xù)的膜化學(xué)氣相淀積〔CVD〕的概念，有哪五種根本化學(xué)反響？化學(xué)氣相淀積〔CVD〕的概念：通過氣體混合的化學(xué)反響在硅片外表淀積一層固體膜的工藝高溫分解、光分解、復(fù)原反響、氧化反響、氧化復(fù)原反響CVD中質(zhì)量傳輸限制和外表反響把握限制的概念質(zhì)量傳輸限制：CVD反響的速率不行能超過反響氣體傳輸?shù)焦杵系乃俾薀o論溫度如何，假設(shè)傳輸?shù)焦杵獗砑铀俜错懙姆错憵怏w的量都缺乏。在此狀況下，CVD工藝通常是受質(zhì)量傳輸所限制的外表反響把握限制：在更低的反響溫度和壓力下，驅(qū)動(dòng)外表反響的能量更小，外表反響速度會(huì)降低反響物到達(dá)外表的速度將超過外表化學(xué)反響的速度這種狀況下，淀積速度是受化學(xué)反響速度限制的*APCVD TEOS-OSiOPECVDSiO

反響方程式；LPCVD3 2 2PECVD淀積氮化硅的化學(xué)反響方程式APCVD TEOS-O方法：Si(C2H5O4)+8O3——>SiO2+10H2O+8CO23PECVD：SiH(氣態(tài))+2NO(氣態(tài))——>SiO (固態(tài))+2N(氣態(tài))+2H(氣態(tài))4 2 2 2 2LPCVD:多晶硅：SiH(氣態(tài))——>Si(固態(tài))+2H(氣態(tài))4 2氮化硅：3SiClH(氣態(tài))+4NH(氣態(tài))——>SiN(固態(tài))+6HCl(氣態(tài))+6H(氣態(tài))22 3 3 4 2HDPCVD工藝的五個(gè)步驟離子誘導(dǎo)淀積：指離子被托出等離子體并淀積形成間隙填充的現(xiàn)象濺射刻蝕：具有確定能量的Ar和由于硅片偏置被吸引到薄膜的反響離子轟擊外表并刻蝕原子再次淀積：原子從間隙的底部被剝離，通常會(huì)再次淀積到側(cè)壁上熱中性CVD：這對(duì)熱能驅(qū)動(dòng)的一些淀積反響有很小的奉獻(xiàn)；反射：離子反射出側(cè)壁，然后淀積，是另一種奉獻(xiàn)IC制作中一般承受的三種外延方法外延：在單晶襯底上淀積一層薄的單晶層三種外延方法:氣相外延〔VPE〕金屬有機(jī)CVD〔MOCVD〕分子束外延〔MBE〕*介質(zhì)材料的3個(gè)主要用途，其中哪個(gè)的進(jìn)展趨勢(shì)是高K哪個(gè)是低K？層間介質(zhì)〔ILD〕 低K柵氧化層 高K器件隔離*隨著特征尺寸的削減，門延遲與互連延遲分別怎么變化？門延遲降低、互連延遲增大第十一章 金屬化金屬化，互連，接觸，通孔的概念金屬化：應(yīng)用化學(xué)或物理處理方法在絕緣介質(zhì)薄膜上淀積金屬薄膜隨后刻印圖形以便形成互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過程互連〔：由導(dǎo)電材料，如鋁、多晶硅或銅制成的連線將電信號(hào)傳輸?shù)叫酒牟煌植拷佑|〔contact〕硅芯片內(nèi)的器件與第一層金屬之間在硅外表的連接通孔〔via〕穿過各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層形成電通路的開口硅芯片制造業(yè)中各種金屬和金屬合金鋁、鋁銅合金、銅、阻擋層金屬、硅化物、金屬填充塞*IC互連金屬化引入銅的優(yōu)點(diǎn)202.65mW-cm減小到銅的1.678mW-cmRC的信號(hào)延遲，增加芯片速度功耗的削減：減小了線的寬度，降低了功耗屬層良好的抗電遷徒性能：銅不需要考慮電遷徒問題更少的工藝步驟：用大馬士革方法處理銅具有削減工藝步驟20％to30%的潛力自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的形成工藝剖面圖*用雙大馬士革法的銅金屬化的10個(gè)步驟 第十二章 器件技術(shù)簡(jiǎn)介無源元件和有源元件分別含哪些？無源元件：電阻、電容有源元件：二極管、晶體管MOSFET的區(qū)分*CMOS反相器的頂視圖，剖視圖P543.223.23第十三章 CMOS集成電路制造工藝亞微米CMOS IC制造廠可分成哪六個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)區(qū)集中〔包括氧化、膜淀積和摻雜工藝、光刻、刻蝕、薄膜、離子注入、拋光*CMOS反相器為例，CMOS制作的具體步驟，以及前六個(gè)步驟的剖面圖；STI工藝的三個(gè)步驟及剖面圖槽刻蝕氧化物填充氧化物平坦化剖面圖PPT P22第十四章 硅片測(cè)試各種薄膜厚度的典型測(cè)試技術(shù)橢偏儀：非破壞、非接觸的光學(xué)薄膜厚度測(cè)試技術(shù)，主要用于測(cè)透亮的薄膜X射線熒光技術(shù)：主要用于單層薄膜的測(cè)量光聲技術(shù)：可用于測(cè)量金屬薄層摻雜濃度的典型測(cè)量方法四探針法：最典型的應(yīng)用是高摻雜濃度熱波系統(tǒng)：可用于監(jiān)測(cè)離子注入劑量濃度擴(kuò)展電阻探針：用于測(cè)量摻雜濃度電容-電壓特性